hemijski eksperimenti

[причалица]

Tvrda voda-formiranje kamenca ključanjem

Tvrdom vodom naziva se voda u kojoj su prisutni kalcijumovi i bikarbonatni joni. Ova voda stvara kamenac, koji ometa rad mnogih kućnih uređaja.
Mehanizam koji dovodi do formiranja kamenca od tvrde vode jeste razgradnja bikarbonatnih jona pri ključanju vode, a potom taloženje karbonatnih jona jonima kalcijuma i magnezijuma, koji su takođe prisutni u vodi.

Potrebne hemikalije:

NaHCO3
CaCl2
Fenolftalein

Potreban pribor:

epruvete


Povećanje pH vrednosti pri zagrevanju rastvora NaHCO3

Rastvoriti NaHCO3 u hladnoj destilovanoj vodi i dodati nekoliko kapi fenolftaleina. Rastvor NaHCO3 je veoma slabo bazan. Fenolftalein ima neodređenu ružičastu boju. Kada se ovaj rastvor zagreva, boja rastvora postaje intenzivnija. Ovo znači da pH rastvora raste i fenolftalein menja se od bezbojnog do crvenog/ružičastog. Rastvor ostaje ružičast i nakon hlađenja.

[причалица]

nastavak:

Nastanak kamenca iz tvrde vode

Uzeti nekoliko ml destilovane vode i staviti u široku epruvetu. Dodati nekoliko mm3 NaHCO3. Mućkati dok se ne rastvori.

Rastvoriti CaCl2 u drugoj epruveti u destilovanoj vodi i dodati ovaj rastvor rastvoru NaHCO3.

Rastvor se zagreva i tečnost ključa nekoliko minuta.

Nastaje ,,talog'' koji nastoji da se zalepi za čašu i tečnost postaje mutna. Ostaviti ,,talog'' da se slegne na dnu boce i isprati ga sa zida epruvete mućkanjem.

[причалица]

nastavak:

Diskusija:

Povećanje pH vrednosti

Rastvor NaHCO3 je vrlo slabo alkalan, gotovo neutralan. U takvom rastvoru postoji izvesna ravnoteža koja je pomerena ulevo:

(1) HCO3- + H2O <-> H2CO3 + OH-

Odigravaju se još dve ravnotežne reakcije, koje su takođe pomerene ulevo:

(2) HCO3- +H2O <-> CO32-+ H3O+

(3) HCO3- + OH- <-> CO32- + H2O


Ove reakcije su slabije zastupljene od prve, pa je rastvor bikarbonata zbog toga slabo alkalan.

H2CO3 je slaba kiselina, a bitno je da je u ravnoteži.

(4) H2CO3 <-> CO2 + H2O

Na sobnoj temperaturi, CO2 ostaje u rastvoru. Kada se gas zagreje, CO2 postaje manje rastvoran i ravnoteža se znatno pomera udesno:

(4') H2CO3 -> CO2 (nestaje iz rastvora) + H2O


Pošto je je H2CO3 uklonjen iz sistema, ravnoteža (1) je takođe pomerena udesno:

(1') HCO3- + H2O -> CO2 (nestaje iz rastvora) + H2O + OH-

[причалица]

nastavak:

Povećanjem koncentracije OH- jona, ravnoteža (3) je takođe pomerena udesno, pošto je CO32- veoma slaba baza i čak i veoma niska koncentracija OH- pomera ravnotežu udesno. Slobodan H2CO3 postaje manje zastupljen i reakcija u kojoj nastaje CO2 postaje sve manje izražena. Sad, kad ostane veoma malo HCO3-, što se dešava nakon nekoliko minuta ključanja, situacija se drastično menja. Glavna komponenta rastvora postaje CO32-. Otprilike, polovima ugljenika je izašla iz sistema u vidu CO2, dok je preostala polovina prisutna kao CO32-, koji je u ravnoteži sa malim količinama OH- i HCO3-. Naglo raste pH rastvora zbog CO32-, koji je takođe slaba baza, ali mnogo jača od bikarbonata.

Prisustvo kalcijumovih jona

Kada su joni kalcijuma prisutni u rastvoru, tada se talože u vidu CaCO3. Ca(HCO3)2 je rastvoran u vodi, dok CaCO3 ima vrlo nisku rastvorljivost. Stoga CO32-, koji nastaje zagrevanjem rastvora HCO3-, prouzrokuje taloženje Ca2+.

Ca2+ + 2HCO3- -> CaCO3 (talog) + CO2 (nestaje iz rastvora) + H2O

[причалица]

Redukcija dihromata



Boja trovalentnog hroma, koji nastaje redukcijom dihromata, nije konstantna, posebno kada nastaje iz jedinjenja koja sadrže hrom u drugom oksidacionom stanju, gde se uočava mnogo različitih boja. Redukciju dihromata prati stvaranje kompleksnog jedinjenja. Joni trovalentnog hroma ne nastaju kao slobodni, već kao deo kompleksnog jona. Joni koji se ne menjaju u redoks-reakcijama i nisu baš tako nepromenljivi. Imaju snažan uticaj na tok reakcije i njene proizvode.

Potrebne hemikalije:

K2Cr2O7 (ili Na2Cr2O7 ili (NH4)2Cr2O7)
CH3CH2OH
razblažena HCl
razblažena H2SO4
razblažena HNO3
K2S2O5

Potreban pribor:

epruvete

[причалица]

nastavak:

Efekat kiseline koja se koristi kao ,,katalizator'' redoks-reakcije

U prvom delu eksperimenta pokazuje se koliko anjon kiseline ima snažan uticaj na brzinu i proizvode reakcije.

Pripremiti tri rastvora K2Cr2O7 u nekoliko ml razblažene kiseline u tri različite epruvete. Koncentracija K2Cr2O7 je približno ista u sva tri rastvora.

[причалица]

nastavak:

U epruvetama su redom rastvori sa HNO3, H2SO4 i HCl.

Svakoj epruveti dodati najviše 0.7 ml etanola. Rezultat je brza redukcija dihromata u prve dve epruvete i blago zagrevanje. Dihromat u epruveti sa HCl takođe se redukuje, ali nekoliko minuta. Nakon 30 sekundi, dihromat u drugoj epruveti potpuno se redukuje. U prvom je skoro potpuno redukovan, iako se da primetiti braon/narandžasta nijansa.





Na prvoj slici vidi se reakcija nakon 30s, a na drugoj nakon 5 minuta.

[причалица]

nastavak:

Da bi se boja jasno videla, potrebno je razblažiti rastvore. Mogu se videti različite boje, koje su posledica nagrađenih kompleksnih jedinjenja.

[причалица]

Efekat redukcionog sredstva

U ovom delu eksperimenta vidi se uticaj različitih redukcionih sredstava.

Pripremiti rastvore K2Cr2O7 u sumpornoj kiselini u dve različite epruvete. Staviti vrlo malo K2Cr2O7, jer su, u suprotnom, boje previše tamne.



Levoj epruveti dodati 1ml koncentrovanog rastvora K2S2O5, a desnoj 0.5 ml etanola. U prvoj je redukcija u trenutku, a u drugoj je brza, ali ne toliko.

[причалица]

nastavak:





Na prvoj slici prikazana je reakcija nakon nekoliko sekundi, a na drugoj nakon 2 minuta.

Kada se rastvori nakon reakcije razblaže, rastvor sa sulfitom je svetlozelen, a sa etanolom plav. Ako se epruvete posmatraju pod specijalnim osvetljenjem, rastvor sa sulfitom je tamnozelen, a sa etanolom ružičast.

[причалица]

nastavak:

Diskusija

Redukcija dihromata u kiseloj sredini:

C2O72- (aq) + 14H+ (aq) + 6e- -> 2Cr3+ (aq) + 7H2O

Jon Cr2O72-(aq) je svetlonarandžast, a jon Cr3+ (aq) je ljubičast.

U većini slučajeva, gornja polureakcija je previše jednostavna u odnosu na stvarni tok reakcije.

Kada se dihromat redukuje etanolom u HNO3 ili H2SO4, polureakcija je skoro razumljiva i prihvatljiva. Boje su blizu boji hidratisane soli hroma(III) kada se rastvori u vodi. Kada se koristi HCl kao izvor kiselih H+ jona, tada se novoobrazovani joni hroma orijentišu sa Cl- i formiraju zeleno jedinjenje. Kada se razblažena HCl doda plavkastom rastvoru soli hroma(III), nema promene boje od plavkaste/ljubičaste do zelene, te se stoga da zaključiti da je obrazovanje kompleksa hroma(III) i hlorida prouzrokovano redoks-reakcijom.

Redukcija dihromata metabisulfitom u kiseloj sredini može se tretirati kao redukcija dihromata sumpor-dioksidom. Kada se dihromat redukuje njime, formira se zeleno jedinjenje hroma(III), bez obzira na kiselinu, koristeći H+ jone. Verovatno se formira hrom-sulfat, tako što se SO2 transformiše u sulfat primanjem elektrona i dodavanjem liganada kiseonika od dihromatnog jona.

[причалица]

Hemijski kameleon

Kada se veoma razblažen rastvor permanganata sporo redukuje do koloidno-disperznog mangan(IV)-oksida, uočava se niz promena supstanci u prelepe boje, počevši od roze/ljubičaste do žute/braon. Ovo je razlog zbog kojeg se, u prošlosti, permanganat ponekad nazivao ,,hemijskim kameleonom''. Tek kasnije je utvrđeno da je ovaj upečatljivi fenomen samo rezultat promene oksidacionog stanja i mešanja boja različitih supstanci.

Potrebne hemikalije:

KMnO4
saharoza (C12H22O11)
NaOH

Potreban pribor:

čaša ili erlenmajer
epruveta

[причалица]

nastavak:

Tok eksperimenta

Rastvoriti vrlo malu količinu KMnO4 u nekoliko ml vode u epruveti. Koristiti samo nekoliko mm3 čvrste supstance. Veoma je važno ne uzeti previše KMnO4, jer u suprotnom rastvor izgleda crno i eksperiment nije toliko impresivan. Boje bi u tom slučaju bile veoma tamne.
Sipati 100ml vode u erlenmajer i dodati oko 500mg čvrstog NaOH i dodati tri kašičice šećera. Rastvoriti sve i mućkati dok se rastvor u potpunosti ne obezboji.
Sipati sadržaj iz epruvete u erlenmajer i mućkati. Ostaviti erlenmajer i gledati promenu boja. Traje nekoliko minuta, u zavisnosti od temperature i koncentracije reaktanata.

[причалица]

Diskusija

Permanganat se sporo redukuje šećerom u alkalnim sredinama. Šećer je organska supstanca koja ima mnogo -OH grupa prikačenih za atome C, koji takođe imaju vodonik direktno prikačen za sebe.
Alkoholna struktura -C(H)(OH)- oksiduje se do keto grupe.

-C(H)(OH)- + 2OH- → -C(=O)- + 2H2O + 2e-

Ova reakcija zahteva OH- jone. Brzina reakcije veoma zavisi od koncentracije NaOH. Kada je rastvoreno mnogo NaOH, tada se prvi deo reakcije odigrava za nekoliko sekundi umesto za 10.

U alkalnim sredinama, permanganatni jon se prvo reduku do manganatnog:

MnO4- + e- → MnO42-

MnO4- je tamnoružičast, dok je MnO42- tamnozelen. Kada su oba prisutna, tada je svetlost na crvenom kraju spektra apsorbovana od strane zelenog MnO42-, i, istovremeno, svetlost na plavom kraju spektra apsorbovana je od strane ružičastog MnO4-. Ova kombinacija apsorpcija čini da se rastvor u početku čini crn, odakle i potiče tamna boja rastvora na početku eksperimenta. Kada je skoro čitav MnO4- redukovan do MnO42-, tečnost dobija prelepu tamnozelenu boju.

Kada je šećer u prisustvu, tada se manganat dalje redukuje:

MnO42- + 2H2O + 2e- → MnO2 + 4OH-

Pri veoma niskim koncentracijama, MnO2 se ne taloži, ali se formira koloidni rastvor, koji ostaje čist. Hidratizovan MnO2 je braon, ali pri veoma niskim koncentracijama čini se više žut no braon.

[причалица]

Faraonova zmija

Ovaj vrlo zanimljiv eksperiment je davno poznat u pirotehnici. Ipak, zbog toga što je vrlo opasan sada se samo može izvoditi u dobro opremljenim laboratorijama. Žarenjem živa(II)-tiocijanata (živa(II)-rodanida) nastaju oblici koji svojim bojama i formom podsećaju na zmiju. Ne treba smetnuti s uma da u ovom eksperimentu nastaju vrlo otrovni gasovi i zato se mora izvoditi u digestoru.

Potrebne hemikalije:
živa(II)-tiocijanat – Hg(SCN)2


Potreban pribor:
digestor
plamenik ili sl.

[причалица]

nastavak:

Tok eksperimenta:
(Sve se izvodi u digestoru.) Živa(II)-tiocijanat je dobro postaviti uzdužno radi impresivnijeg oblika, nego na jednu gomilu. Zatim prineti plamenik i zapaliti jedan kraj niza. S obzirom da se Hg(SCN)2 raspada na 165 ºC moguće je koristiti i druge uređaje (upotreba šibica nije preporučljiva). Odmaći ruku brzo, i gledati šta se dešava. Formiraće se vrlo zanimljive forme koje podsećaju na zmije.

[причалица]

nastavak:

Diskusija:
Živa(II)-tiocijanat je nerastvorna so koja se može dobiti delovanjem kalijum-tiocijanata na živa(II)-hlorid. Forma koja se javlja je zapravo jedan od proizvoda reakcije, ugljenik-nitrid:

2Hg(SCN)2 → 2HgS + CS2 + C3N4

Ugljenik-nitrid je veoma voluminozan pa otud ovakvi rezultati eksperimenta. On se parcijalno raspada na vrlo otrovan cijanogen i azot:

2C3N4 → 3(CN)2 + N2

Još jedan razlog zašto je ovaj eksperiment opasan je zbog sagorevanja nastalog živa(II)-sulfida:

HgS + O2 = Hg + SO2

Naime, dolazi do oslobađanja vrlo otrovnih para žive.

Takođe, nastali ugljen-disulfid vrlo brzo sagoreva:

CS2 + 3O2 → CO2 + 2SO2

[причалица]

Slonovska pasta za zube

Jedan veoma poznat eksperiment, poprilično čudan ljudima koji se ne razumeju u hemiju. Od samo malo kalijum-jodida, vodonik-peroksida i tečnosti za pranje posuđa može se napraviti ,,pasta za zube” dovoljna za povećeg slona...

Potrebne hemikalije
H2O2 (koncentrovani 30%, ili eventualno nešto manja koncentracija)
KI
tečnost za pranje sudova
Potreban pribor
veća menzura (ili balon)
čaša (ili sl.)

Tok eksperimenta
Preporučljivo je postaviti novine ili bilo šta drugo ispod suda u kome će se odviti reakcija radi lakšeg čišćenja kasnije. Napraviti zasićen rastvor KI u čaši tj. rastvoriti 15 g KI u oko 12 ml vode. U veću menzuru (ili neki veći balon) sipati 80 ml koncentrovanog (30%) H2O2 i 40 ml tečnosti za pranje sudova i promešati. U ovaj rastvor može se sipati i određena boja radi impresivnijeg izgleda. Sipati sadržaj prethodno napunjene čaše i brzo odmaći ruku. “Slonova pasta za zube” će početi da kulja.

Diskusija
Ovaj eksperiment je zasnovan na katalitičkom raspadu vodonik-peroksida:

2H2O2 → 2H2O + O2

Vodonik-peroksid se sam po sebi spontano raspada ali I- jon (iz kalijum-jodida) se ponaša kao katalizator i znatno ubrzava reakciju. Zbog prisutnog kiseonika pravi se pena. Takođe, ova reakcija je egzotermna.

Različite verzije
Postoje vrlo različite verzije izvođenja ovog eksperimenta. Negde se, na primer, kao katalizator koristi kalijum-permanganat. Ukoliko se za katalizator uzme mangan-dioksid, videće se samo gas koji se izdvaja a ovaj eksperiment se zove „duh iz lampe“.